JP4509433B2 - 基板処理装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体基板等の基板に酸化アンチモン(Sb2O3)等の原料を昇華させて供給する基板処理装置および半導体装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図7は従来の基板処理装置を示す概略断面図である。図に示すように、アウタ管1の外側にヒータ2が設けられ、アウタ管1の内側にインナ管3が設けられ、インナ管3内に昇降可能なキャップ4が挿入され、キャップ4にボート5が載置され、ボート5に複数の半導体基板(図示せず)が保持されている。又、アウタ管1、インナ管3の外部即ち炉外に原料昇華装置6が設けられ、原料昇華装置6に原料導入管7の一端が接続され、原料導入管7の他端はインナ管3の上部に位置しており、原料導入管7はインナ管3の内部と連通している。又、インナ管3の下部に排気管8が設けられている。
【0003】
この基板処理装置においては、ヒータ2でボート5に保持された半導体基板を加熱するとともに、原料昇華装置6に酸化アンチモン粉末を投入して加熱すると、酸化アンチモンが昇華し、酸化アンチモンの蒸気が原料導入管7を介して半導体基板の表面に供給され、半導体基板に酸化アンチモンが拡散される。そして、排気はキャップ4で冷され、排気管8から排気される。
【0004】
図8は特公平6−28248号公報に示された他の従来の基板処理装置を示す概略断面図、図9は図8の拡大A−A断面図である。図に示すように、主炉芯管11に副炉芯管12が接続され、主炉芯管11の外部に主炉芯管用ヒータ13が設けられ、副炉芯管12の外部に副炉芯管用ヒータ14が設けられ、副炉芯管12と副炉芯管用ヒータ14との間に均熱用チューブ15が設けられ、主炉芯管11内に半導体基板16が載置され、副炉芯管12内に不純物ボート17が設けられている。
【0005】
この基板処理装置においては、主炉芯管用ヒータ13で半導体基板16を加熱するとともに、不純物ボート17上に酸化アンチモン粉末を載置して、副炉芯管用ヒータ14により酸化アンチモン粉末を加熱すると、酸化アンチモンが昇華し、酸化アンチモンの蒸気が半導体基板16の表面に供給され、半導体基板16に酸化アンチモンが拡散される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図7に示した基板処理装置においては、原料導入管7と原料昇華装置6との接続部分においては、気密性を維持するためにOリング等のシール部材を介し接続しているが、Oリングの耐熱性の問題から(通常、約100〜300℃)Oリング周辺を冷却しているので、どうしても後続部付近では原料の昇華温度を下回ってしまう。したがい、この接続部分の温度が低いから、酸化アンチモンがこの部分において再固化してしまい、反応生成物として付着するので、酸化アンチモンの蒸気を半導体基板の表面に供給することができないことがある。
【0007】
又、図8、図9に示した基板処理装置においては、原料である酸化アンチモンは副炉芯管12の外に配置された副炉芯管用ヒータ14により加熱され昇華されるが、該ヒータ14が炉外に配置されてるので、原料と該ヒータ14とが離れて設けらており、又、原料と該ヒータ14との間に副炉芯管12や均熱用チューブ15などの複数の介在物の影響で、昇華の制御性が悪くなる恐れがある。
【0008】
又、図8、9の従来例では、炉芯管を横方向に配置した、所謂、横型装置といわれる装置形態であるので、炉内温度が影響しない様に、主炉芯管11と副炉芯管12とを離しても(即ち、炉芯管が長くても)、装置が設置されるクリーンルームの平面面積を考慮するのみで良く、又、図7の従来例の様に、Oリングを使用する接続部を設けなくても基板が載置される主炉芯管11と原料昇華空間とを連通することができる。しかしながら、今や半導体装置の製造ラインで主流である図7に示す縦型装置(即ち反応管を垂直方向に配置)の場合では、装置が設置されるクリーンルームの高さ制限の問題により、図7に示すように炉芯管の長さを単純に垂直方向に長くすることはできなかった。
【0009】
本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、原料の蒸気を確実に基板に供給することができる基板処理装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明においては、基板加熱用の主ヒータが外側に設けられ、該主ヒータにより反応室内の基板処理領域にあるボートに保持された複数の基板を加熱処理する基板処理装置において、前記反応室内に設けられ、原料が載置される原料昇華部と、前記反応室内の前記原料昇華部の近傍に設けられ、前記原料を加熱し、昇華させる昇華用ヒータと、前記反応室内の前記原料昇華部と前記基板処理領域との間に設けられる断熱部と、前記反応室内の前記断熱部の外周に位置する、前記原料昇華部と前記基板処理領域と連通させる連通部と、を備えることを特徴とする。
【0011】
又、基板加熱用の主ヒータを外側に有し、該主ヒータにより反応室内の基板処理領域にあるボートに保持された複数の基板を加熱処理する基板処理装置において、前記反応室内には、前記ボートとともに前記反応室に対し昇降可能な、前記ボートが載置されるキャップが設けられ、該キャップには、原料が載置される原料昇華部と、前記原料昇華部の近傍であって下方に位置する、前記原料を加熱し、昇華させる昇華用ヒータと、前記原料昇華部と前記基板処理領域との間に位置する断熱部と、が設けられ、前記反応室内の前記キャップの外周には、前記原料昇華部と前記基板処理領域とを連通させる連通部が設けられていることを特徴とする。
【0012】
又、半導体装置を製造する方法において、反応室内の基板処理領域にあるボートに保持された複数の基板を前記反応室の外側に設けられた主ヒータで加熱する工程と、前記反応室内にキャリアガスを導入する工程と、前記反応室内に載置された原料の近傍であって前記反応室内に設けられた昇華用ヒータにより前記原料を昇華しつつ、前記基板処理領域と前記原料との間に設けられた断熱部で前記主ヒータからの前記原料への加熱を抑制する工程と、前記昇華された原料を前記キャリアガスとともに前記反応室内の前記断熱部の外周を介して前記基板処理領域に供給し、前記昇華された原料を前記複数の基板に拡散する工程を有することを特徴とする
【0013】
又、半導体装置を製造する方法において、複数の基板が保持されたボートをキャップに載置し、前記ボートと前記キャップとを反応室内へ挿入する工程と、反応室内の基板処理領域にある前記ボートに保持された前記複数の基板を前記反応室の外側に設けられた主ヒータで加熱する工程と、前記反応室内にキャリアガスを導入する工程と、前記キャップに設けられた原料昇華部に載置された原料の近傍であって下方に位置する前記キャップに設けられた昇華用ヒータにより前記原料を昇華しつつ、前記基板処理領域と前記原料との間に位置する前記キャップに設けられた断熱部で前記主ヒータからの前記原料への加熱を抑制する工程と、前記昇華された原料を前記キャリアガスとともに前記反応室内の前記キャップの外周を介して前記基板処理領域に供給し、前記昇華された原料を前記複数の基板に拡散する工程と、を有することを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1は本発明に係る基板処理装置を示す概略断面図、図2は図1に示した基板処理装置の一部を示す断面図、図3は図1に示した基板処理装置の一部を示す断面図、図4は図1に示した基板処理装置の一部を示す斜視図、図5は図1に示した基板処理装置の一部を示す斜視図である。図に示すように、SiCからなるアウタ管(均熱管)21の外側に基板加熱用の主ヒータ22が設けられ、アウタ管21の内側に石英からなる筒状のインナ管(反応管)23が設けられ、インナ管23内に昇降可能な石英からなるキャップ24が挿入され、キャップ24にボート25が載置され、ボート25に複数の半導体基板(図示せず)が保持されている。又、キャップ24に原料昇華部46および断熱部36が設けられ、キャップ24にヒータ部45が着脱可能に取り付けられている。そして、ヒータ部45のセラミックファイバからなるベース板27にはヒータエレメント28が設けられ、ベース板27とヒータエレメント28とからなる昇華用ヒータ26はインナ管23の内側即ち炉内に位置している。又、ベース板27の上面にはSiCからなるサセプタ29が設けられ、ヒータエレメント28と接続されたヒータ端子30が絶縁体32を介してヒータ部45の接続フランジ31に支持されている。又、昇華用ヒータ26の加熱温度を測定するための熱電対33が設けられ、熱電対33は接続フランジ31に支持されている。又、昇華用ヒータ26の上部に原料昇華部46の原料載置板34(石英)が設けられ、原料載置板34の外周部に複数の柱材35(石英)が設けられ、原料載置板34の上部空間(即ち、原料昇華空間)は基板処理領域即ちインナ管23内の半導体基板が存在する領域と連通している。よって、原料の昇華用ヒータ26が原料と同一空間(即ち炉内)で且つ近傍に位置する故、原料昇華における制御性の向上が図れる。又、柱材35に断熱部36が支持され、断熱部36は原料昇華部46と基板処理領域との間に位置しており、断熱部36は石英からなる箱状部材の内に石英ウールが詰められている。ここで、インナ管23内に、基板処理領域と原料昇華部46とが位置しているが、基板処理領域と原料昇華部46との間に断熱部36を介在させているので、基板処理領域の温度の影響を防止するために基板処理領域と原料昇華部46との間隔を十分に取らなくても、原料昇華部46への熱影響を防止することができる。したがって、反応管の長さを極端に長くしなくても(換言すれば、基板処理領域と原料昇華部46とを近づけても)、原料の昇華制御に影響がなく、装置の高さ増加を抑制したコンパクトな装置が実現できる。又、インナ管23の下部にガス導入管37が接続され、インナ管23のアウタ管乗せ部38に排気スリット39が設けられ、インナ管23の外部でかつアウタ管乗せ部38の下部に排気リング40が設けられ、インナ管23の内部と排気リング40とは排気スリット39を介して連通しており、排気リング40に排気管41が接続されている。又、アウタ管乗せ部38の上面に環状の溝42が設けられ、溝42の底部に開口した窒素(N2)ガス導入管43が設けられ、インナ管23とキャップ24との間にOリング44が設けられている。尚、前述したように、アウタ管21は均熱管としての機能を持たせるためSiCから構成されているが、SiCは温度差が付くと破損し易く、又、加工も難しいので、アウタ管21は主ヒータ22で囲われた領域(均熱な空間)内に配置されている。又、排熱部を構成する排気リング40等については、SiCよりも加工が容易な石英からなるインナ管23に設けている。
【0015】
又、原料を基板と同一空間であるインナ管23の下部に設けているため、昇華された原料ガスはインナ管23の下部から上方に向け流さなければならないが、インナ管、アウク管の上記構成とすることで、ガスの流れを破損等の問題がなく実現することができる。
【0016】
つぎに、図1〜図5に示した基板処理装置の動作即ち本発明に係る半導体装置の製造方法について説明する。まず、原料である酸化アンチモン粉末47を原料載置板34上に載置した状態で、ボート25が載置されたキャップ24をインナ管23内に挿入する。つぎに、主ヒータ22によりボート25に保持された半導体基板を所定温度に加熱するとともに、ガス導入管37からキャリアガスを供給するとともに、昇華用ヒータ26により酸化アンチモン粉末47を加熱する。すると、酸化アンチモンが昇華し、酸化アンチモンの蒸気が半導体基板の表面に供給され、半導体基板の表面に酸化アンチモンが拡散される。この場合、ガス導入管37から導入されたガスは、インナ管23を上昇し、インナ管23の上端にて180°折り返しインナ管23とアウタ管21との間を流れ、排気スリット39、排気リング40を介して排気管41から排気される。又、窒素ガス導入管43を介して溝42に窒素ガスを供給すると、アウタ管21とインナ管23との間から排ガスが漏れるのを防止することができる。
【0017】
図6は半導体基板の表面に酸化アンチモンを拡散するときのヒータの加熱温度の変化を示すグラフで、(a)は主ヒータ22の加熱温度の変化を示し、(b)は昇華用ヒータ26の加熱温度の変化を示す。このグラフから明らかなように、主ヒータ22、昇華用ヒータ26の加熱温度をそれぞれ900℃、455℃とした状態から、主ヒータ22、昇華用ヒータ26の加熱温度を同時に上昇させ、主ヒータ22の加熱温度を1200℃にしたのち、昇華用ヒータ26の加熱温度を775℃にする。尚、昇華用ヒータ26の加熱温度が酸化アンチモンの昇華温度である656℃に達した時点では、主ヒータ22の加熱温度が1200℃となっている必要がある。即ち、原料ガスの昇華温度の565℃に達した時点で、炉内の温度が拡散温度(処理温度)に達していれば、膜質の良い処理が可能となる。一方、原料の昇華が始まっているにも拘らず、炉内が拡散温度に達していないと良好な拡散処理が行えない。そして、主ヒータ22の加熱温度を45分間1200℃に保持し、昇華用ヒータ26の加熱温度を25分間775℃に保持したのち、主ヒータ22、昇華用ヒータ26の加熱温度を同時に下降させ、主ヒータ22の加熱温度を900℃に戻したのち、昇華用ヒータ26の加熱温度を455℃に戻す。この場合、主ヒータ22の加熱温度が1200℃に保持されているときには、ガス導入管37からキャリアガスとして流量が2l/minのアルゴン(Ar)ガスを供給し、それ以外にときにはガス導入管37から流量が10l/minの窒素ガスを供給する。
【0018】
このような基板処理装置、半導体装置の製造方法においては、昇華して蒸気となった酸化アンチモンはインナ管23内を移動して半導体基板の表面に達するので、酸化アンチモンの蒸気が冷されることがなく、又、酸化アンチモンがインナ管23の内面等に反応生成物として付着することがなく、酸化アンチモンの蒸気を半導体基板の表面に確実に供給することができる。又、昇華用ヒータ26が炉内の原料に近接した状態で設けられているから、原料昇華部46の温度制御を確実に行うことができる。更に、原料昇華部46と基板処理領域との間に断熱部36を設けているから、主ヒータ22によって原料昇華部46の温度が影響を受けるのを防止することができる。又、半導体基板の表面に酸化アンチモンを拡散するときの昇華用ヒータ26の加熱温度を酸化アンチモンの昇華温度以上の温度で制御しているから、例え、基板処理領域に達するまでに比較的低温な断熱部36が存在していても酸化アンチモンの蒸気を半導体基板の表面に更に確実に供給することができる。即ち、昇華用ヒータ26は650〜850℃の範囲で制御され、昇華温度の656℃よりも高い温度にて(図6の例では775℃)制御されている。これは、原料昇華部46への基板処理領域の温度影響を抑えるために断熱部36を配しているため、断熱部36を基点に原料昇華部46側の温度が低くなっており、折角、原料が昇華してもこの低温部分で再固化してしまう恐れがあるので、昇華用ヒータ26は昇華温度より高い温度で制御した方が好ましいからである。又、ベース板27の上面にはサセプタ29が設けられているから、ヒータエレメント28からの金属汚染を防止することができる。
【0019】
又、汚染が問題にならない場合であれば、サセプタ29は設けなくても良い。
【0020】
尚、上述実施の形態においては、原料が酸化アンチモンである場合について説明したが、原料が他の場合にも本発明を適用することができる。又、上述実施の形態においては、半導体基板の表面に酸化アンチモンを拡散するときの主ヒータ22の加熱温度を1200℃としたが、基板に酸化アンチモンの蒸気を供給するときの主ヒータの加熱温度を1150℃以上にするのが望ましい。
【0021】
【発明の効果】
本発明に係る基板処理装置、半導体装置の製造方法においては、原料の蒸気が冷されることがないから、原料の蒸気を基板の表面に確実に供給することができる。
【0022】
又、原料昇華部と基板処理領域との間であって、反応室内に断熱部を設けたときには、主ヒータによって原料昇華部の温度が影響を受けるのを防止することができる。
【0023】
又、昇華用ヒータの加熱温度を原料の昇華温度を越える温度としたときには、原料の蒸気を基板の表面に更に確実に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る基板処理装置を示す概略断面図である。
【図2】図1に示した基板処理装置の一部を示す断面図である。
【図3】図1に示した基板処理装置の一部を示す断面図である。
【図4】図1に示した基板処理装置の一部を示す斜視図である。
【図5】図1に示した基板処理装置の一部を示す斜視図である。
【図6】半導体基板の表面に形成された膜に酸化アンチモンを拡散するときのヒータの加熱温度の変化を示すグラフである。
【図7】従来の基板処理装置を示す概略断面図である。
【図8】従来の他の基板処理装置を示す概略断面図である。
【図9】図8の拡大A−A断面図である。
【符号の説明】
21…アウタ管
22…主ヒータ
23…インナ管
25…ボート
26…昇華用ヒータ
34…原料載置板
36…断熱部
46…原料昇華部
Claims (4)
- 基板加熱用の主ヒータが外側に設けられ、該主ヒータにより反応室内の基板処理領域にあるボートに保持された複数の基板を加熱処理する基板処理装置において、
前記反応室内に設けられ、原料が載置される原料昇華部と、
前記反応室内の前記原料昇華部の近傍に設けられ、前記原料を加熱し、昇華させる昇華用ヒータと、
前記反応室内の前記原料昇華部と前記基板処理領域との間に設けられる断熱部と、
前記反応室内の前記断熱部の外周に位置する、前記原料昇華部と前記基板処理領域と連通させる連通部と、
を備えることを特徴とする基板処理装置。 - 基板加熱用の主ヒータを外側に有し、該主ヒータにより反応室内の基板処理領域にあるボートに保持された複数の基板を加熱処理する基板処理装置において、
前記反応室内には、前記ボートとともに前記反応室に対し昇降可能な、前記ボートが載置されるキャップが設けられ、
該キャップには、
原料が載置される原料昇華部と、
前記原料昇華部の近傍であって下方に位置する、前記原料を加熱し、昇華させる昇華用ヒータと、
前記原料昇華部と前記基板処理領域との間に位置する断熱部と、が設けられ、
前記反応室内の前記キャップの外周には、前記原料昇華部と前記基板処理領域とを連通させる連通部が設けられていることを特徴とする基板処理装置。 - 半導体装置を製造する方法において、
反応室内の基板処理領域にあるボートに保持された複数の基板を前記反応室の外側に設けられた主ヒータで加熱する工程と、
前記反応室内にキャリアガスを導入する工程と、
前記反応室内に載置された原料の近傍であって前記反応室内に設けられた昇華用ヒータにより前記原料を昇華しつつ、前記基板処理領域と前記原料との間に設けられた断熱部で前記主ヒータからの前記原料への加熱を抑制する工程と、
前記昇華された原料を前記キャリアガスとともに前記反応室内の前記断熱部の外周を介して前記基板処理領域に供給し、前記昇華された原料を前記複数の基板に拡散する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 半導体装置を製造する方法において、
複数の基板が保持されたボートをキャップに載置し、前記ボートと前記キャップとを反応室内へ挿入する工程と、
反応室内の基板処理領域にある前記ボートに保持された前記複数の基板を前記反応室の外側に設けられた主ヒータで加熱する工程と、
前記反応室内にキャリアガスを導入する工程と、
前記キャップに設けられた原料昇華部に載置された原料の近傍であって下方に位置する前記キャップに設けられた昇華用ヒータにより前記原料を昇華しつつ、前記基板処理領域と前記原料との間に位置する前記キャップに設けられた断熱部で前記主ヒータからの前記原料への加熱を抑制する工程と、
前記昇華された原料を前記キャリアガスとともに前記反応室内の前記キャップの外周を介して前記基板処理領域に供給し、前記昇華された原料を前記複数の基板に拡散する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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